(57)【要約】  本書に記載の実装は概して、処理チャンバ内の金属、酸化物の堆積に関する。より具体的には、本書に開示の実装は、化学気相堆積と物理気相堆積を組み合わせたチャンバに関する。ＣＶＤとＰＶＤの両方を実施することができる、１つの酸化物金属堆積チャンバを利用することで、一様な半導体処理のコストを有利に低減することができる。加えて、１つの酸化物金属堆積システムは、半導体基板の堆積に要する時間を短縮し、半導体基板の処理に必要な設置面積を低減する。一実装では、処理チャンバは、チャンバ本体内に配置されたガス分配プレートと、チャンバ本体内に配置された一又は複数の金属ターゲットと、ガス分配プレートと一又は複数のターゲットとの間に配置された基板支持体とを含む。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ本体に配置されたガス分配プレートと、
前記チャンバ本体に配置された一又は複数の金属ターゲットと、
前記ガス分配プレート又は前記一又は複数の金属ターゲットの下方に配置された基板支持体と
を備える堆積チャンバ。
【請求項２】
前記ガス分配プレートと前記一又は複数の金属ターゲットとの間に配置された一又は複数のシールドを更に備える、請求項１に記載の堆積チャンバ。
【請求項３】
前記ガス分配プレートは前記チャンバ本体の第１の部分に配置され、前記第１の部分は前記ガス分配プレートから延在するコラムによって画定される、請求項２に記載の堆積チャンバ。
【請求項４】
前記一又は複数のシールドは、前記コラムに隣接して、前記コラムから９０度未満の鋭角で配置される、請求項３に記載の堆積チャンバ。
【請求項５】
前記一又は複数の金属ターゲットは前記チャンバ本体の第２の部分に配置され、前記チャンバ本体の前記第２の部分は前記チャンバ本体の前記第１の部分を取り囲む、請求項１に記載の堆積チャンバ。
【請求項６】
チャンバ本体の中心部分に配置されたガス分配プレートと、
前記チャンバ本体の周辺部分に配置された複数のターゲットと、
前記ガス分配プレートの下方に配置された移動可能な基板支持体と、
前記ガス分配プレートと前記一又は複数のターゲットとの間に配置された一又は複数のシールドと、
を備える、堆積チャンバ。
【請求項７】
前記チャンバ本体の前記中心部分を部分的に画定する前記ガス分配プレートから延在するコラムを更に備える、請求項６に記載の堆積チャンバ。
【請求項８】
前記一又は複数のシールドは、前記コラムから９０度未満の鋭角で配置され、前記一又は複数のシールドは、前記チャンバ本体の前記中心部分と前記チャンバ本体の前記周辺部分を部分的に画定する、請求項６に記載の堆積チャンバ。
【請求項９】
前記ガス分配プレートと前記基板支持体との間に配置された第１の処理空間を更に含む、請求項６に記載の堆積チャンバ。
【請求項１０】
前記基板支持体と前記一又は複数のターゲットとの間に配置された複数の処理空間を更に含む、請求項９に記載の堆積チャンバ。
【請求項１１】
前記チャンバ本体の前記周辺部分は前記ガス分配プレートを取り囲むように配置され、前記基板支持体は垂直方向に移動可能で、軸の周りに回転可能である、請求項６に記載の堆積チャンバ。
【請求項１２】
ａ）回転可能な基板支持体上で基板を位置決めすることと、
ｂ）チャンバ本体内に配置されたガス分配プレートに隣接するように前記基板支持体を持ち上げることと、
ｃ）前記ガス分配プレートと前記回転可能な基板支持体との間に配置された第１の処理空間に前駆体流体を流し、前記基板上に第１の層を堆積させることと、
ｄ）前記基板支持体を前記第１の処理空間から第２の処理空間まで引き下げることと、
ｅ）前記ガス分配プレートを取り囲むように配置された一又は複数のターゲットから一又は複数の金属をスパッタリングしている間に前記基板支持体を回転し、前記第１の層の上に第２の層を堆積することと、
を含む堆積方法。
【請求項１３】
前記第１の層は酸化物であり、前記第２の層は金属である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の処理空間を排気することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
ステップｂ）からステップｅ）までを反復することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］  本書に記載の実装は概して、処理チャンバ内の金属、酸化物の堆積に関する。より具体的には、本書に開示の実装は、化学気相堆積及び物理的気相堆積の両方を実行するチャンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
［０００２］  集積回路の製造では、化学気相堆積（ＣＶＤ）又は物理気相堆積（ＰＶＤ）などの堆積プロセスは、半導体基板上に様々な材料の膜を堆積させるために使用される。このような堆積は多くの場合、別々の閉鎖型処理チャンバで行われる。
【０００３】
［０００３］  処理ガスは、ＣＶＤチャンバ内に膜を堆積させるために使用される。処理ガスは、基板支持体上に位置決めされた基板に供給されうる。パージガスは、処理ガスを取り除くために供給されうる。処理ガス及びパージガスは、処理エリア内でパージガスと処理ガスの混合を避けるため、処理チャンバの外周の近くなど、処理エリアから排出された共通の排気を用いることによって、処理チャンバから除去されうる。
【０００４】
［０００４］  ＰＶＤプロセスは、プラズマ領域内で生成されたイオンを有する原料を含むターゲットのスパッタリングを含み、放出された原料をターゲットまで移動させる。放出された原料は、基板上に形成された負電圧又はバイアスによって、基板に向かって加速されうる。幾つかのＰＶＤプロセスは、均一性を高めるため、ターゲットにＲＦエネルギーを供給する。
【０００５】
［０００５］  ２つの処理チャンバは、堆積のために極めて異なる処理条件を採用する。ＣＶＤプロセスは、ＰＶＤプロセスよりもはるかに高い温度で動作し、特別な前駆体の使用を要する。基板上に複数の酸化物と金属の層を堆積させるため、基板は１つのチャンバから次のチャンバへ移送され、次に再び戻される。上述の配置を用いた場合、特に酸化物と金属の交互層を堆積させようとするときには、１つのシステムから次のシステムへ移行する際に、汚染物質及びその他の不純物が堆積しうるため、半導体膜に不均一性が生ずる。
【０００６】
［０００３］  したがって、基板上に酸化物と金属を堆積させるため、システムと方法の改良が必要になっている。
【発明の概要】
【０００７】
［０００４］  上述の実装は概して、処理チャンバ内での金属、酸化物の堆積に関する。より具体的には、本書に開示の実装は、化学気相堆積と物理気相堆積を組み合わせたチャンバに関する。
【０００８】
［０００５］  一実装では、処理チャンバが開示される。堆積チャンバは、チャンバ本体内に配置されたガス分配プレートと、チャンバ本体内に配置された一又は複数の金属ターゲットと、ガス分配プレートを考慮して、又は一又は複数のターゲットを考慮して、選択的に配置された基板支持体とを含む。
【０００９】
［０００６］  別の実装では、堆積チャンバは、チャンバ本体の中心部分に配置されたガス分配プレートと、チャンバ本体の周辺部分に配置された複数のターゲットと、ガス分配プレートの下に配置された移動可能な基板支持体と、基板支持体と一又は複数のターゲットとの間に配置された一又は複数のコリメータとを含む。
【００１０】
［０００７］  別の実装では、堆積方法が開示される。堆積方法は、回転可能な基板支持体上で基板を位置決めすることと、チャンバ本体内に配置されたガス分配プレートに隣接するように基板支持体を持ち上げることと、第１の処理空間内へ堆積前駆体を流し込むこととを含む。第１の処理空間は、ガス分配プレートと回転可能な基板支持体との間に配置される。方法はまた、基板上に第１の層を堆積することと、一又は複数のターゲットを考慮して、基板支持体を第１の処理空間から第２の処理空間へ下げることと、ガス分配プレートを取り囲むように配置された一又は複数のターゲットから一又は複数の金属をスパッタリングしている間に基板支持体を回転することと、第１の層の上に第２の層を堆積することとを含む。
【００１１】
［０００８］  上述の本開示の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実装を参照することによって得られ、一部の実装は、付随する図面に例示されている。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実装も許容しうることから、添付する図面は本開示の典型的な実装を示しているにすぎず、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本開示の一実装により、化学処理中に持ち上げられた位置にある基板を有する処理チャンバの断面図である。
【図１Ｂ】本開示の一実装により、プラズマ処理中に引き下げられた位置にある基板を有する処理チャンバの断面図である。
【図２】本開示の一実装による、処理チャンバ内での堆積方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［００１２］  理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実装で開示された要素は、具体的な記述がなくても、他の実装で有益に利用できると想定されている。
【００１４】
［００１３］  上述の実装は概して、処理チャンバ内での金属、酸化物の堆積に関する。より具体的には、本書に開示の実装は、化学気相堆積と物理気相堆積を組み合わせたチャンバに関する。
【００１５】
［００１４］  図１Ａは、本開示の一実装により、化学処理中に持ち上げられた位置１１７にある基板支持体１２０を有する処理チャンバ１００の断面図である。図１Ｂは、本開示の一実装により、物理的堆積処理中に引き下げられた位置１１８にある基板支持体１２０を有する処理チャンバ１００の断面図である。図１Ａ及び図１Ｂの断面図は、以下でより詳細に説明される主要構成要素を示している。
【００１６】
［００１５］  処理チャンバ１００は、基板５０を支持するための基板支持体１２０と、一又は複数の側壁１０４を有するチャンバ本体１０２と、底部１０６と、リッド１０８と、一又は複数の周辺チャンバ延長部１１０とを含む。側壁１０４、底部１０６、一又は複数の周辺チャンバ延長部１１０、及びリッド１０８は、処理チャンバ１００の内部空間１１２を画定する。一実装では、一又は複数の周辺チャンバ延長部１１０は、リッド１０８に隣接した第１の角のある面１１４と、第１の角のある面１１４に隣接した第２の角のある面１１６と、第２の角のある面１１６と一又は複数の側壁１０４の両方に隣接した第３の角のある面１３０とを含む。第１の角のある面１１４は、挿入されるターゲット１３８などのスパッタリング源用の開口部を含みうる。すなわち、ターゲット１３８は、一又は複数の周辺延長部１１０の第１の角のある面１１４のチャンバ本体１０２に付着しうる。
【００１７】
［００１６］  処理チャンバ１００は、基板支持体１２０の上方にガス分配プレート１２４を含む。一実装では、ガス分配プレート１２４は、チャンバ１００の第１の部分１３２に配置されうる。一実装では、ガス分配プレート１２４は、チャンバ１００の中心部分に配置される。第１の部分１３２は、リッド１０８から延在するコラム１３４によって画定されうる。一実装では、コラム１３４は、ガス分配プレート１２４から延在しうる。第１の部分１３２は、チャンバ本体１０２の中心に配置されうる。一実装では、コラム１３４は、円形であってもよい。しかしながら、コラム１３４は、正方形、六角形、楕円形など、他の任意の幾何学形状であってもよい。持ち上げられた位置１１７（図１Ａ）にある基板支持体１２０とガス分配プレート１２４との間の領域は、処理空間１２２によって画定される。ガス分配プレート１２４は、処理ガス源１２６からの処理ガスを処理空間１２２に供給する。処理チャンバ１００は、プラズマ源を含むチャンバ（例えば、ＲＦホットガス分配プレートを備える容量結合プラズマチャンバ）又は遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）に接続されたチャンバなどの、プラズマチャンバになりうる。
【００１８】
［００１７］  基板支持体１２０は、窒化アルミニウムなどのセラミック材料から形成されうる。基板支持体１２０は、静電チャック、セラミック体、ヒータ、真空チャック、サセプタ、又はこれらの組み合わせを含みうる。基板支持体１２０は、処理中に基板５０を受容し、支持する基板支持面を有する。基板支持体１２０は、処理チャンバ１００の底部１０６の下方のリフト機構１１５に連結された支持シャフト１２１に連結されている。ベローズ１２８は、支持シャフト１２１を外部環境から分離するため、処理チャンバの底部１０６の下方にある支持シャフト１２１の一部の周囲に配置されうる。リフト機構１１５は、電源１５４によって電力供給される。リフト機構１１５は、持ち上げられた位置１１７（図１Ａ参照）と引き下げられた位置１１８（図１Ｂ参照）との間の垂直方向に、基板支持体１２０を動かすように構成されている。一実装では、基板支持体１２０は垂直方向に移動可能で、軸１５０の周りに回転可能である。基板支持体１２０は、化学気相堆積（ＣＶＤ）による基板５０の処理のため、持ち上げられた位置１１７に配置されてよく、また、物理的気相堆積（ＰＶＤ）による基板５０の処理のため、引き下げられた位置１１８に配置されてよい。ＣＶＤ処理用の持ち上げられた位置１１７での圧力は、１５Ｔｏｒｒ未満、好ましく２〜１０Ｔｏｒｒになりうる。ＰＶＤ処理用の引き下げられた位置１１８での圧力は、２Ｔｏｒｒ未満、好ましくは０．１ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒになりうる。
【００１９】
［００１８］  任意選択により、支持シャフト１２１は、密閉プレート１３６に連結されうる。密閉プレート１３６は、基板５０上でのガス堆積中に、第１の部分１３２を有利に密閉しうる。第１の部分１３２はまた、パージガスシステムを含みうる。パージガスシステムは、処理チャンバ１００の第１の部分１３２の処理中又は洗浄中に、処理チャンバ１００にパージガスを供給する洗浄源１４６を含みうる。パージガスは、酸素又は不活性ガス（窒素、アルゴンなど）であってよい。パージガスは、ガス分配プレート１２４からの処理ガスが内部空間１１２の一部に入るのを防止するのに役立つ。加えて、パージガスの流れは、フリーラジカルが基板支持体１２０を損傷するのを防止しうる。密閉プレート１３６の下方での処理ガスの防止は、不必要な洗浄や汚染を回避する。したがって、パージガスの使用は洗浄時間全体を短縮し、チャンバ部品の寿命を延ばし、処理チャンバ１００のスループットを高める。
【００２０】
［００１９］  チャンバ１００は、一又は複数のターゲット１３８及び電源１４０を含む。一実装では、電源１４０は高周波（ＲＦ）電源であってよい。一又は複数のターゲット１３８は、誘電体アイソレータ（図示せず）を介して接地された導電性アダプタによって支持されうる。一又は複数のターゲット１３８は、図１Ｂからかわるように、基板支持体１２０が引き下げられた位置１１８にあるとき、スパッタリング中に基板５０の表面上に堆積される材料を含む。一又は複数のターゲット１３８は、チャンバ１００の周辺部分に配置されうる。
【００２１】
［００２０］  引き下げられた位置１１８では、一又は複数のターゲット１３８は、第２の処理空間１４８内で基板５０の上にスパッタされうる。第２の処理空間１４８は、基板支持体１２０と一又は複数のターゲット１３８との間の第１の処理空間１２２の下方に配置される。一実装では、基板の上への堆積が金属の合金をもたらすように、第１のターゲット１３８ａは１つの金属を含み、一方、第２のターゲット１３８ｂは異なる金属を含みうる。別の実装では、第１のターゲット１３８ａと第２のターゲット１３８ｂは、同じ材料を含みうる。同じ材料の複数のターゲットを有することで、堆積速度は改善される。一又は複数のターゲット１３８は、基板５０に形成された高アスペクト比の特徴の中にシード層を堆積するため、銅を含んでもよい。一又は複数のターゲット１３８は、堆積速度を更に改善し、回転ペデスタルを不要にするため、環状であってもよい。
【００２２】
［００２１］  一実装では、ターゲット１３８の上にマグネトロン１５６が位置決めされる。マグネトロン１５６は、ターゲット１３８の中心軸と同軸に整列されうるシャフトに接続された、ベースプレートによって支持される複数の磁石を含みうる。磁石は、チャンバ１００内でターゲット１３８の前面の近くに磁場を生成して、イオンの大きなフラックスがターゲット１３８に当たり、ターゲット材料のスパッタ放出を引き起こすように、プラズマを生成する。ターゲット１３８の表面全体にわたって磁場の均一性を高めるため、磁石はターゲット１３８の周りに回転されてもよい。
【００２３】
［００２２］  一実装では、チャンバ１００は、チャンバ本体１０２内で接地されるシールド１４２を含む。シールド１４２は、アルミニウム、銅、及びステンレス鋼から選択された材料からなる。一実装では、シールドは直径（Ｄ）の２倍の長さ（Ｌ）があり、すなわち、Ｌ／Ｄ比は２：１である。別の実装では、シールドは直径の３倍の長さがあり、Ｌ／Ｄ比は３：１となる。シールド１４２は、プラズマが貫通してコラム１３４をスパッタ被覆するのを防止しうるため有利である。さらに、基板支持体が引き下げられた位置１１８にあるときには、スパッタリングされた材料に角度をつけて基板５０に向けるのを支援するように、シールド１４２は、コラム１３４から鋭角に配置されうる。一実装では、一又は複数のターゲット１３８が基板５０の上に材料をスパッタリングする際に、材料を基板５０の上に一様に堆積するのに有利なように、基板支持体１２０は軸１５０の周りを回転する。一実装では、一又は複数のターゲット１３８と基板支持体１２０との間にコリメータ１５２を位置決めすることによって、方向性のあるスパッタリングが実現されうる。コリメータ１５２は、シールド１４２及び第３の角のある面１３０に、機械的及び電気的に連結されうる。一実装では、コリメータ１５２は、チャンバ１００内で電気的に浮動であってよい。一実装では、コリメータ１５２は、電源に連結される。一実装では、コリメータ１５２は、密集配置にある六角形を分離する六角形の壁を有するハニカム構造である。一実装では、コリメータ１５２は、アルミニウム、銅、及びステンレス鋼から選択された材料からなる。コリメータ１５２は有利には、選択された角度を超えて、基板５０に対して垂直に近い角度で、一又は複数のターゲット１３８から放出されるイオン及び中性粒子を捕捉するフィルタとして機能する。コリメータ１５２は、ＲＦコイルを含みうる。
【００２４】
［００２３］  一実装では、一又は複数のシールド１４２は、コラム１３４から９０度未満の鋭角で配置される。一又は複数のシールド１４２及び第３の角のある面１３０は部分的に、チャンバ１００の第２の部分１４４を画定する。一又は複数のターゲット１３８は、チャンバ１００の第２の部分１４４に配置される。第２の表面１４４は、第１の表面１３２に隣接している。一実装では、第２の部分１４４は、チャンバ１００の周囲に配置される。一又は複数のシールド１４２は、一又は複数のターゲット１３８とガス分配プレート１２４との間に配置される。一実装では、一又は複数のシールド１４２は、チャンバ１００の周辺部分を部分的に画定し、また、チャンバ１００の中心部分を部分的に画定する。チャンバ１００の周辺部分は、ガス分配プレート１２４を取り囲むように配置されうる。
【００２５】
［００２４］  図２は、本開示の一実装による、処理チャンバ内での堆積方法２００のフロー図である。チャンバ１００での金属、酸化物の堆積処理中に、図２の操作２１０で、基板５０は回転可能な基板支持体１２０上に位置決めされる。基板５０は、電気チャック（図示せず）によって、基板支持体１２０に電気的に連結されうる。操作２２０で、基板支持体１２０は、ガス分配プレート１２４に隣接するように持ち上げられている。ガス分配プレート１２４は、チャンバ本体１０２内に配置されている。より具体的には、ガス分配プレート１２４は、チャンバ１００の中心に配置された第１の部分１３２内に配置される。操作２３０では、前駆体流体は、第１の処理空間１２２へ流し込まれる。第１の処理空間１２２は、ガス分配プレート１２４とガス分配シャワーヘッド１２０との間に配置される。第１の処理空間１２２内での堆積中、基板支持体は固定されうる。
【００２６】
［００２５］  前駆体流体は、基板５０の上に第１の層を堆積する処理ガスになりうる。一実装では、処理ガスは、５〜２５秒間流される。一実装では、第１の層は酸化物である。一実装では、処理ガスはＮＦ３などのハロゲン含有ガスである。一実装では、ガス分配プレート１２４はシャワーヘッドである。堆積が完了すると、第１の処理空間１２２に隣接する領域及び基板支持体下方の領域は排気されうる。一実装では、パージガスは第１の処理空間１２２に供給されうる。パージガスは、酸素又は不活性ガス（窒素、アルゴンなど）であってよい。パージガスは、ガス分配プレート１２４からの処理ガスが内部空間１１２の一部に入るのを防止するのに役立つ。
【００２７】
［００２６］  操作２４０で、基板支持体１２０は、第１の処理空間１２２から第２の処理空間１４８まで、垂直方向に引き下げられる。第２の処理空間１４８は、第１の処理空間１２２の下方に配置される。第２の処理空間１４８は、基板支持体１２０と一又は複数のターゲット１３８との間に配置される。操作２５０で、基板支持体は、一又は複数のターゲット１３８がスパッタされる間に、軸１５０の周りに回転されうる。一又は複数のターゲット１３８は、ガス分配プレート１２４を取り囲むように配置される。第２の層は第１の層の上に堆積される。第２の層は金属又は金属合金になりうる。一実装では、１つのターゲット１３８ａは１つの金属をスパッタし、一方、別のターゲット１３８ｂは異なる金属をスパッタしうる。一実装では、１つのターゲット１３８ａは、ターゲット１３８ｂと同じ金属をスパッタする。一実装では、一又は複数のターゲット１３８は、同じ金属をスパッタする。別の実装では、一又は複数のターゲット１３８は異なる金属をスパッタする。
【００２８】
［００２７］  スパッタリングが完了すると、操作２２０から操作２５０までが反復されうる。すなわち、基板支持体１２０は、ＣＶＤ処理によって酸化物を堆積させるため、チャンバ１００の第１の部分１３２へ持ち上げられ、次に基板支持体１２０は、ＰＶＤ処理によって金属を堆積させるため、内部空間１１２まで引き下げられうる。酸化物層と金属層とからなる堆積は、基板５０の上に酸化物と金属が交互に８０〜１００層ずつ堆積されるように、約８０〜１００回反復されうる。
【００２９】
［００２８］  本書に開示の実装は、一様な半導体処理のコストを低減するための、ＣＶＤとＰＶＤの両方を実施することができる、１つの酸化物金属堆積チャンバに関する。加えて、１つの酸化物金属堆積システムは、半導体基板上の堆積に必要な時間を短縮する。
【００３０】
［００２９］  以上の記述は本開示の実装を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実装及び更なる実装が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
【図１Ａ】
2019529706.tif 000003
【図１Ｂ】
2019529706.tif 000004
【図２】
2019529706.tif 000005
【国際調査報告】
2019529706.tif 000006
2019529706.tif 000007